再生混凝土力学性能研究

摘要：再生混凝土的使用有利于环境保护，并有良好的经济社会效益。本文较详细的总结了不同水灰比、不同再生骨料替代率及不同应力状态下再生混凝土的强度特性和变形特性，具有一定的实际应用价值。

 

关键词：再生混凝土;强度特性;变形特性

 

再生混凝土是将废弃的混凝土经破碎、清洗、分级后，按一定比例混合形成再生骨料，部分或完全代替天然骨料配置成的新混凝土。随着城市化进程加快，混凝土碎块占建筑垃圾总量高达35％，对废弃混凝土进行合理的回收利用，可获得较好社会效益。为保证再生混凝土构件的安全使用，对其力学性能及破坏形态进行研究成为混凝土回收利用的关键。

 

1再生混凝土的力学性能

 

1．1抗压强度

 

(1)不同水灰比。水灰比对再生混凝土的抗压强度影响较大。当用再生骨料完全替代天然骨料时，若水灰比高于0．55，随着水灰比的增大，再生混凝土的抗压强度逐渐减小，脆性逐渐增强；若水灰比低于0．55，则恰好相反，随着水灰比的增大抗压强度逐渐增大，脆性逐渐减弱，这与普通混凝土的变化规律相反。分析原因，可能是因为随着水灰比的增大，再生混凝土骨料吸水性比天然混凝土骨料强，吸水速度更快，加水拌和时再生骨料大量吸水，致使实际水灰比降低，从而抗压强度有所提高。在实际工程中，不宜过分减小水灰比以获取较高的抗压强度，水灰比一般取0．45或0．5较适宜，这样既可得到较高的再生混凝土强度，又能保证良好的工作性能。

 

(2)不同骨料替代率。再生粗骨料孔隙率较高，易形成应力集中而导致其抗压强度降低。再生骨料替代率不同，其抗压强度的变化规律也不同。一般情况下，再生混凝土的抗压强度较普通混凝土低，并随着再生粗骨料取代率的增加而逐渐降低，降低幅度大约21—34％。若再生粗骨料参入量合适，可填补天然粗骨料的空隙。当水灰比一定，再生骨料取代率为50％时，两种骨料的级配较优，再生混凝土骨料可吸收水泥浆中多余的水分，其抗压强度与普通混凝土相差不大，甚至有可能超过相同水灰比情况下的普通混凝土的抗压强度。若再生骨料替代率相同，水灰比为O．45时再生混凝土的抗压强度最高，且抗压强度能达到一般建筑工程的要求。

 

(3)三轴抗压强度。与普通混凝土相似，再生混凝土的三轴抗压强度随着侧压力的增大呈线性增长趋势。随着再生粗骨料替代率的提高，再生混凝土的抗压强度先增大后逐渐减小。在三轴应力状态下，再生混凝土的三轴抗压强度随着再生粗骨料的增加先增加后减小，混凝土强度等级不同，变化规律也不同。当再生骨料完全替代天然骨料时，再生混凝土的三轴抗压强度比普通混凝土小。对于C20混凝土，当替代率为50％时，再生混凝土的三轴抗压强度比普通混凝土高约10％。有研究表明：在三轴受压应力状态下，再生混凝土的抗压强度提高幅度比普通混凝土的提高幅度更大，当侧压比值为0．8时，再生混凝土的三轴抗压强度可增至(4—5)fc。其常规三轴强度可按Rieha~普通混凝土公式进行计算，1／fc=1+k3／fc，其中3为侧应力，fc为普通混凝土单轴抗压强度，普通混凝土中k一般取4，而再生混凝土中k约为。

 

1．2应力应变曲线

 

再生混凝土的单轴应力一应变曲线与普通混凝土相似，分为上升段和下降段。在上升段，再生混凝土中直线段较普通混凝土长，其80％峰值应力以前均近似直线，曲线形式与再生骨料的替代率基本没有关系。但在下降段，再生混凝土比较离散，随着替代率的增加，下降段曲线逐渐变陡。分析原因，主要是再生混凝土的脆性比普通混凝土大，再生混凝土的残余应力比普通混凝土的小。一般情况下，再生混凝土残余应力大约只有峰值应力的5％左右。

 

在三轴应力状态下，再生混凝土的应力一应变曲线与单轴应力状态下类似，均由上升段和下降段组成。在侧应力的作用下，再生混凝土应力一应变曲线上升段近似直线，且比单轴情况下更为陡直，切线的斜率更大，并随着侧应力的增加而逐渐增大。侧应力相同替代率不同的再生混凝土应力一应变曲线上升段都较为一致。侧应力较小时，若再生骨料替代率高于50％，替代率化对上升段段曲线基本没有影响。达到峰值应力后，再生混凝土的应力一应变曲线呈下降趋势，下降速度明显比单向受压缓慢，随着侧应力的增加，曲线越来越平缓，再生混凝土的残余应力也逐渐增大。

 

2变形特性

 

2．1峰值应变

 

有研究_4J表明，在单轴应力状态下，再生混凝土的峰值应变随着粗骨料替代率的增加而逐渐增加，替代率高于50％时，增大幅度达lO～15％。在三轴应力状态下，再生混凝土的峰值应变随侧压力的增加近似呈线性增长趋势，因为侧应力限制了再生混凝土的横向变形，同时也限制了混凝土内部裂缝的开展，在提高承载力的同时，纵向塑性应变也得到发展。三轴应力状态下，再生混凝土的峰值应变可采用普通混凝土公式计算，峰值应变可采用直线公式表达，其中0为单轴峰值应力，3为侧应力，fc为普通混凝土单轴抗压强度，再生混凝土中k约为20。

 

2．2破坏形态

 

单轴应力状态下，再生混凝土和普通混凝土的破坏过程基本相似。在初始阶段，混凝土很少出现裂缝。随着应力增大，再生混凝土先在侧表面及中间位置出现纵向裂缝，并逐渐向斜上和斜下方开展至混凝土破坏，形成正倒相连的“八”字型。随着应力的持续增大，裂缝逐渐向混凝土内部发展，表面混凝土开始外鼓、剥落，最终为正倒相连的四角锥。

 

三轴应力状态下，再生混凝土的破坏形态与普通混凝土基本相同。但因再生骨料孔隙率较高，内部存在较多缺陷和微裂纹使其强度降低，故其裂缝发展具有一定的先导性。再生混凝土界面过渡区较薄弱，在三向应力作用下，斜截面上的剪应力大于界面承载力，从而使再生混凝土先沿着截面过渡区发生破坏。与普通混凝土相比，再生粗骨料强度较小，容易在其界面薄弱或骨料先天裂纹处发生破坏，故再生混凝土在三轴应力作用下其骨料的破坏，不会像普通混凝土的骨料一样破碎成粉末状，其破坏面大部分在界面处或沿着骨料被劈开。

 

3总结

 

再生混凝土强度比普通混凝土低且脆性强，易受水灰比及替代率影响，实际工程中水灰比一般取0．45或0．5，替代率取50％较适宜。再生混凝土单轴峰值应变随着粗骨料替代率的增加逐渐增加，三轴峰值应力和应变均随侧压力的增加而增加。再生混凝土的破坏形态和破坏过程与普通混凝土基本相同，但再生混凝土的破坏面主要在界面处或沿着骨料被劈开。

 

参考文献:

 

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